МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕАКЦИИ НА РАБОЧЕМ ОРГАНЕ АВТОГРЕЙДЕРА В ПРОЦЕССЕ КОПАНИЯ ГРУНТА

Анализ рабочих процессов ЗТМ требует всестороннего изучения внешних сил сопротивления, действующее на рабочее оборудование. Обусловлено это необходимостью оценки тягово-сцепных возможностей машины, проектирование привода управления и металлоконструкции рабочего оборудования.

В существующих на сегодняшний день методиках традиционно уделяется большое внимание определению значений горизонтальных составляющих сил сопротивлению копанию [1, 2, 3]. Вертикальная составляющая сопротивлению копанию Р_В в соответствии с методиками трактуется как часть касательной составляющей и определяется зависимостью вида

, (1)

где – эмпирический коэффициент.

Значение коэффициента рекомендуется принимать в пределах от 0,1 до 0,5 в зависимости от типа ЗТМ и расчетной ситуации [1, 2, 3]. При этом все авторы отмечают, что в процессе резания грунта значение Р_В изменяется случайным образом и само усилие может изменять направление своего вектора. Для проведения предельных статических расчетов зависимость [4] вполне приемлема, но она совершенно не раскрывает физическую сущность этой составляющей, зависимость ее от показателей разрабатываемого грунта и параметров самой ЗТМ.

Применительно к автогрейдеру вертикальная нагрузка на отвале определяется по стандартным методикам [3]. В соответствии с ними

рассматривается трехмерная модель автогрейдера соответствующая наиболее неблагоприятному приложению нагрузок. Неизвестное усилие, в том числе и вертикальная нагрузка, определяется решением системы линейных уравнений равновесия машины.

Для определения вертикальной реакции в процессе заглубления отвала в грунт обычно рассматриваются динамические схемы машин. Так например Л.В.Назаров [4] предложил определять Рв с учетом приведенного коэффициента упругости грунта и гидроцилиндров подъема-опускания отвала. К сожалению, проверка правильности подобных зависимостей сопряжена со сложностью проведения эксперимента. Реально эту нагрузку определяют с помощью непрямых замеров (рис.1).

В соответствии со схемой, вертикальная нагрузка на отвале определяется по зависимости

, (2)

где – вертикальная нагрузка на отвале, соответствующая моменту времени, предшествующему исследуемому процессу (например стопорению);

и – приведенные коэффициенты демпфирования и упругости рабочего оборудования и грунта.

Рисунок 1 – Динамическая схема автогрейдера

Вертикальная реакция на отвале вычисляется путем решения системы детерминированных дифференциальных уравнений движения в переходных процессах. Для случаев обычного резания грунта данная теория не подходит.

Исходя из выполненного обзора, целью исследования является разработка метода определения вертикальной составляющей сопротивления копанию с учетом экспериментальных данных.

Закон формирования горизонтальной составляющей силы сопротивления при зарезании углом отвала имеет сложную форму. Определить его можно с учетом изменения площади резания, имеющей треугольную форму (рис. 2).

При заглублении отвала выдвигается шток гидроцилиндра механизма подъема-опускания и одновременно осуществляется его поворот вокруг шарнира А.

Рисунок 2 – Расположение отвала при зарезании краем

Предполагая, что равнодействующая горизонтальной составляющей сопротивления копанию приложена в центре тяжести срезаемой стружки грунта, получим

(3)

где k – удельное сопротивление копанию;

k_v – экспериментальный коэффициент;

α – угол захвата;

х – горизонтальное смещение машины;

ε – угол перекоса основного отвала.

На основе геометрического анализа была также получена аналитическая зависимость и для боковой составляющей сопротивления копанию. Значение составляющей существенно зависит от угла α установки отвала в плане (формула 4)

(4)

В качестве расчетного случая рассматривается процесс интенсивного заглубления отвала в грунт. В процессе проведения эксперимента фиксируются усилия (давления) в трех гидроцилиндрах управления основным отвалом (рис.3).

(5)

Найдем значение вертикальной составляющей сопротивления копанию с учетом реальных усилий в гидроцилиндрах подъема-опускания основного отвала и с учетом ранее найденных аналитических зависимостей горизонтальной и боковой составляющей сопротивления копанию из уравнения (5)

Рисунок 3 – Расчетная схема для составления уравнений равновесия тяговой рамы.

(6)

В зависимости(6) значение Р_г и Р_Б определяются по аналитическим зависимостям (3) и (4), а усилия в гидроцилиндрах R₁, R₂, R₃определяются экспериментальным путем.

Предложенный метод позволяет с помощью непрямых замеров усилий, действующих в гидроцилиндрах управления основным отвалом автогрейдера, рассчитать реальное значение вертикальной составляющей сопротивления копанию грунта на режущей кромке.